Děkujeme za pěkný dotaz. Abychom mohli odpovědět na tuto otázku, budeme si muset nejprve vysvětlit jednu věc, totiž co to v říši atomů znamená mít barvu. Ale než se dostaneme k atomům, není od věci si připomenout, jak je to s barvou objektů z našeho okolí.
Denní světlo je bílé, protože je složeno ze všech barev viditelného spektra. Tyto barvy si můžeme prohlédnout například v duze (o duze a jejím vzniku si můžete přečíst více zde [1]). Když bílé světlo dopadne na daný předmět, třeba na takový pomeranč, dojde ke dvěma jevům – pohlcení (absorpci) světla a jeho odrazu. Většina barev spektra se bude od pomeranče odrážet jen nepatrně nebo bude dokonce pomerančem pohlcena. Ale oranžová barva se od pomeranče bude odrážet velmi dobře. Proto je pomeranč oranžový. Předměty, které pohltí všechny barvy, se nám jeví jako černé, naopak předměty, které odráží všechny barvy, se jeví jako bílé.
Pomeranč, stejně jako všechny předměty, je tvořen molekulami. A jsou to právě molekuly, které rozhodují o tom, že je pomeranč oranžový. Proč? Molekuly se řídí zákony kvantové mechaniky. Jedním z důsledků těchto zákonů je, že molekula nemůže mít libovolnou energii, ale jen určité její hodnoty. To si můžeme představit tak, že molekula bydlí v panelovém domě s mnoha patry. Každé patro představuje jeden energetický stav: přízemí je stavem s nejnižší energií a každé další patro je stav o vyšší energii. Běžně se molekuly nacházejí v přízemí. Když však na ně posvítíme světlem o vhodné barvě neboli energii, která odpovídá energetickému rozdílu prvního patra a přízemí, dojde k pohlcení daného fotonu (molekula vystoupá do prvního patra). Důsledkem je, že této barvy bude v odraženém světle méně. Pokud na molekuly posvítíme světlem o vyšší energii, tedy jiné barvy, mohou vystoupat i do vyšších pater, ale takové fotony jsou typicky pro lidské oko neviditelné. Různé barvy předmětů pak souvisejí s tím, že výška pater je u každé molekuly jiná.
Jak to ale souvisí s barvou molekuly? Molekuly trpí strachem z výšek, a proto nerady zůstávají ve vyšších patrech domu a raději sejdou zpět do přízemí. Když tak učiní, přebytečná energie mezi patry a přízemím se nemůže ztratit, ale uvolní se do okolí. Jednou z možností je, že se tato přebytečná energie vyzáří jako světlo o stejné barvě, které vykoplo molekulu z přízemí do vyššího patra. Vyzářené světlo tak odpovídá barvě molekuly.
S atomy je to stejné. Když jim dodáme energii, například zahřátím, dostanou se do vyšších pater domu, ve kterých nejsou atomy spokojené. To nakonec vede k tomu, že přebytečnou energii vyzáří v podobě světla, které jim propůjčí jejich barvu. Barva atomů se dokonce používá v analytické chemii k důkazu přítomnosti solí v roztoku, který se na kousku platinového drátku vloží do plamene. Obsahuje-li roztok například atomy boru, zbarví se plamen do zelena. Jinými slovy atomy boru můžeme považovat za zelené. Barva atomů stála i u zrodu vědního oboru, který se přechody mezi jednotlivými energetickými stavy zabývá – spektroskopie [2].
Na závěr si shrňme, že atomy nebo molekuly samy o sobě žádnou barvu nemají. Ale přechody mezi jejich energetickými stavy mohou vést k vyzáření fotonů, které jim barvu jaksi propůjčují.
Pro Zeptej se vědce odpovídal Vítek
Zdroje:
[1] dotaz č. 891: https://zeptejsevedce.cz/dotazy-a-odpovedi/kde-konci-duha/
